OSPF: Open Shortest Path First

Redes y Servicios de Comunicaciones Avanzadas

Departamento de Ingeniería Telemática

Carlos J. Bernardos cjbc@it.uc3m.es

Manuel Urueña muruenya@it.uc3m.es

2

Índice

1. Protocolos de Estado de

Enlaces

2. Protocolo OSPF

❖Funcionamiento

❖Áreas

3

Protocolos de Estado de Enlace (EE)

Open Shortest Path First (OSPF) es el protocolo de Estado de Enlaces más conocido

Orígenes:

❖ Ya en los orígenes (ARPANET) se fue consciente de los problemas de los protocolos de Vector de Distancias

❖ Los primeros trabajos dieron como resultado IS-IS (OSI) y OSPF (IETF)

❖ Los protocolos de Estado de Enlaces (Link State) se basan en el concepto de “mapa distribuido de la red”

✓ Todos los nodos tienen una copia, que se actualiza periódicamente

✓ A partir del mapa, los nodos son capaces de calcular la ruta más corta entre un nodo origen y cualquier otro utilizando el algoritmo Shortest Path First (SPF), también conocido como algoritmo de Dijkstra

4

Protocolos de EE:Características generales

NO hay intercambio de Vectores Distancia (tablas encaminamiento) entre routers

Cada router comprueba el estado de sus enlaces con los vecinos y sólo comunica esta información a sus vecinos

Los vecinos, a su vez, propagarán esta información (inundación) al resto de routers del sistema

Cada router reconstruye la topología completa de la red y su propia tabla de encaminamiento utilizando toda la información de estado-de-enlace recibida

5

Protocolos de EE:¿Cómo funcionan?

1. Creación de la base de datos de Estado de Enlaces:

❖ Cada router asigna un coste localmente a sus interfaces de salida (enlaces)

● El coste de un enlace puede ser diferente en cada sentido

● Un coste menor implica un enlace mejor

2. La información sobre el estado de los enlaces se difunde mediante inundación (flooding) en toda la red

3. La base de datos de cada router se construye en base a toda la información recibida

❖ Topología completa de la red: Quién está conectado con quién, con qué coste

4. Cada router calcula el mejor camino hacia todos los enlaces de la red (subredes)

❖ Mediante el algoritmo de Dijkstra (Shortest Path First)

5. El router construye su tabla de encaminamiento

6

Open Shortest Path First (OSPF): Características generales

Protocolo Open Shortest Path First (OSPF):❖ Definido inicialmente (OSPFv1) en la RFC 1131 (Octubre 1989)

❖ Revisado posteriormente (OSPFv2) en la RFC 1247 (Julio 1991, 189 págs.) y en las RFCs 1583 (Marzo 1994) y 2178 (Julio 1997)

❖ Última revisión: RFC 2328 (Abril 1998, 244 págs.)

Características:❖ Estado de Enlaces

❖ Los mensajes del protocolo se transmiten directamente sobre IP (número de protocolo: 89)

❖ Utiliza el coste de los enlaces para calcular la ruta más “corta”

✓ Permite definir diferentes costes para diferentes tipos de aplicaciones

❖ Menor carga de señalización que RIP (aunque depende de la topología)

✓ Tras la convergencia sólo se envían los cambios

❖ Permite definir áreas de encaminamiento

✓ Encaminamiento jerárquico, menos carga de señalización

❖ Convergencia rápida, libre de conteo a infinito (topología completa)

✓ Los routers necesitan una mayor capacidad de procesamiento

7

OSPF: Tipos de mensajes

TIPO FUNCIÓN

Protocolo Hello

(Tipo 1: Hello)

Descubrimiento y mantenimiento

de vecinos

Protocolo Exchange

(Tipo 2: Database Description)

Fase inicial del procedimiento de

sincronización de las bases de

datos

Petición de estado de enlace (EE)

(Tipo 3: Link State Request)

Petición de datos que actualicen

la base de datos

Protocolo de inundación

(Tipo 4: Link State Update)

Permiten el envío de datos

correspondientes al cambio de un

EE

Asentimiento de EE

(Tipo 5: Link State Ack)

Asentimiento del anterior

8

Formato de mensajes OSPF:Cabecera común

0 7 8 15 16 31

Long. Paquete (2)

Identificador de Área (4)

Autenticación (8)

Tipo (1)Versión (1)

Tipo de Autenticación (2)Checksum (2)

Identificador de Router (4)

Formato: Nombre del campo (Tamaño en octetos)

9

● Cada router asigna un coste a sus enlaces:

♦ Coste asignado a la interfaz de salida

♦ Routers compartiendo un mismo enlace pueden asignarle costes distintos:○ Las rutas obtenidas pueden ser asimétricas

Funcionamiento de OSPFCreación de la base de datos de los enlaces

A B C

D E

40

20

20

10

1040

2020

80

20

50

30

N1

N2

N3

N4

N5

10

Funcionamiento de OSPF:Grafo de la topología (I)

Los routers crean una imagen de la

topología completa de la red:

❖ Creando un grafo dirigido

❖ Cada arco tiene un coste asignado

❖ Una conexión punto-a-punto se representa

como 2 arcos, uno por cada dirección

❖ Una red multiacceso (p.ej. una LAN) se

representa con un nodo “virtual” para la red en

sí misma, más un nodo para cada router

conectado (en lugar de una malla completa)

✓ Los arcos del nodo “virtual” de la red a los routers

tienen coste 0

11

A B C

D E

40

20

20

10

1040

2020

80

20

50

30

N1

N2

N3

N4

N5

0

N4

N310

A

D E

B

N2

N1

C

N5

20

0

20

10

40 20

40 0

20

80

20

30

50

0 0

0 0

0

0

0

Funcionamiento de OSPF:Grafo de la topología (II)

12

Funcionamiento de OSPFLink State Advertisements (LSAs)

Los routers OSPF envían la información de estado de sus enlaces en Link State Advertisements (LSAs)

❖ Los routers OSPF almacenan los LSAs recibidos

Existen varios tipos de LSAs (OSPF define varios tipos de enlaces):

❖ LSA 1 - Router Links (o Router Link LSAs o Router-LSAs)

✓ Cada router informa acerca de todos los enlaces a los que está conectado

❖ LSA 2 - Network Links (o Network Link LSAs o Network-LSAs)

✓ Contiene información acerca de todos los routers conectados la red multiacceso. Sólo el “Router Designado” (Designated Router, DR) anuncia este tipo de enlaces:

✓ Este tipo de enlaces tiene siempre coste 0

❖ LSAs 3 y 4 - Summary Links (o Summary-LSAs):

✓ Tipo 3 - Summary Link to Network LSAs

✓ Tipo 4 - Summary Link to AS Boundary Router LSA

❖ LSA 5 - External Links (o External Link LSAs o AS-External-LSAs)

❖ … (más en una transparencia posterior)

13

Funcionamiento de OSPF:Descubrimiento de los vecinos (Protocolo HELLO)

A B C

D E

● Cada router OSPF envía mensajes HELLO a sus vecinos periódicamente (10-30 segs.), lo que permite:

♦ Descubrir a los routers OSPF vecinos y comprobar que el enlace es bidireccional

♦ Comprobar el estado de los enlaces (4x HELLO time)

♦ En redes multiacceso: Elegir el Router Designado (Designated Router, DR) y el DR de respaldo (Backup Designated Router, BDR)

40

20

20

10

1040

2020

80

20

50

30

N1

N2

N3

N4

N5

HELLO

HELLO

HELLO

HELLO

HELLO

HELLO

HELLO

HELLO HELLO

HELLO

HELLO

HELLO

14

Funcionamiento de OSPF:Sincronización de las bases de datos

A B C

D E

● Los routers sincronizan sus bases de datos intercambiando paquetes Database Description (DD):

○ Un paquete DD incluye la lista completa de la descripción de los Anuncios de Estado de Enlace (Link State Advertisements, LSAs) que el router tiene en su base de datos

○ Los routers piden a su vecino aquellos registros de los que no dispone en su base de datos (o de los que tiene una copia anticuada)

◊ Este sistema evita el intercambio de las bases de datos completas para lograr la sincronización

40

20

20

10

1040

2020

80

20

50

30

N1

N2

N3

N4

N5

15

Funcionamiento de OSPF:Cálculo de la tabla de rutas

A B C

D E

● Los routers construyen la tabla de rutas♦ En base a la visión global de la red que tienen (convergencia)

♦ Utilizando el algoritmo de Dijkstra, calculan el camino más corto a todos los destinos en la red

40

20

20

10

1040

2020

80

20

50

30

N1

N2

N3

N4

N5de C a por coste

A B 40

B B 20

D E 40

E E 30

N1 B 40

N2 B 60

N3 E 40

N4 - 20

N5 - 30

de A a por coste

B B 40

C D 80

D D 10

E D 30

N1 - 40

N2 - 20

N3 D 30

N4 D 100

N5 D 80

16

Funcionamiento de OSPF:Funcionamiento normal: Mantenimiento (I)

A B C

D E

● En estado estacionario (tras convergencia) los routers OSPF:

♦ Envían periódicamente mensajes HELLO

♦ Cuando detectan cambios, envían mensajes de Actualización de Estado de Enlace (Link State Updates, LSUs), que incluyen Anuncios de Estado de Enlaces (LSAs)

♦ Procesan los LSAs que reciban (en LSUs):

○ Recalculando la tabla de datos si es necesario

40

20

20

10

1040

2020

80

20

50

30

N1

N2

N3

N4

N5

17

10

A B C

D E

40

20

2010

40

2020

80

20

50

30

N1

N2

N3

N4

N5

LSU

LSU

LSULSU

LSU LSULSU

de A a por coste

B B 40

C B 110

D D 10

E B 60

N1 - 40

N2 - 20

N3 D 30

N4 B 120

N5 B 110

de C a por coste

A B 40

B B 20

D B 60

E E 30

N1 B 40

N2 B 60

N3 B 70

N4 - 20

N5 - 30

Funcionamiento de OSPF:Funcionamiento normal: Mantenimiento (II)

18

CD

E

F G H

A B

I

JN1

N5

N6

N7 N9N8

N10

N3

N4

N2

N11

Funcionamiento de OSPF:Redes jerárquicas: Áreas en OSPF

BGP

Backbone OSPF – Área 0

Área 1Área 2

Área

192.168.10.0

ABRABR

ABR

IR IR

BR BRASBR

IR IR

IR: Interior Router

BR: Backbone Router

ABR: Area Border Router

ASBR: Autonomous System Boundary Router

19

Funcionamiento de OSPF:Tipos de LSAs

Tipo LSA Propósito Generado por Inundado a

1 – Router LSA Describe los enlaces

del router

Todos los routers

OSPF

Dentro del área a la

que pertenece el

router

2 – Network LSA Describe red

broadcast o

multiacceso

DRs del enlace Dentro del área a la

que pertenece el

router

3 – Summary LSA Describe rutas inter-

área

ABRs Dentro del área a la

que pertenece el ABR

4 – ASBR Summary

LSA

Describe rutas hacia

un ASBR

ABRs Dentro del área a la

que pertenece el ABR

5 – AS External LSA Describe rutas

externas al AS

ASBRs Todas las áreas

dentro de un AS (*)

7 – NSSA External

LSA

Similar al Tipo-5,

pero internas a un

área de tipo NSSA

ASBRs Dentro del área de

tipo NSSA al que

pertenece el ASBR

6 – MOSPF

9-11 – Opaque LSAs

… … …

20

Funcionamiento de OSPF:Tipos de Áreas OSPF (I)

Área 0 (Backbone Area)

❖ Sólo puede haber una por AS OSPF

❖ Todas las Áreas tienen que estar conectadas a esta

❖ Tránsito entre otras Áreas OSPF del AS o entre el OSPF AS y redes externas

Regular Areas

❖ Se conectan al Área 0

❖ Los siguientes tipos son modificaciones de éstas

Stub Areas

❖ Ven información detallada de otras Áreas OSPF

❖ Las rutas externas se resumen en una ruta por defecto(0.0.0.0/0), en un LSA de tipo 3 generado por el ABR del área

❖ Los LSAs de tipo 4 y 5 no se propagan en este tipo de áreas

✓ No puede contener ASBRs (ya que un Área Stub no permite LSAs de tipo 5)

21

Totally Stub Areas❖ Definidas por Cisco

❖ Se usa una ruta por defecto para englobar (alcanzar) todo destino que no esté en el Área

❖ Bloquean LSAs de 3, además de los LSAs de tipo 4 y 5

Not So Stubby Areas (NSSA)❖ Definidas en la RFC 1587

❖ Variante de Área Stub, capaz de conectarse a redes externas

❖ Permite el anuncio de redes externas originadas en ASBRs del Área, mediante LSAs de tipo 7 dentro del Área

❖ Los LSAs de tipo 7 se bloquean en los ABRs del Área (dónde pueden agregarse y traducirse a LSAs de tipo 5 antes de ser enviados al Área 0)

Totally Stubby Not So Stubby Areas❖ Definidas por Cisco, es una mezcla de una NSSA y una Totally

Stub

❖ Agregan rutas de otras áreas (como una Totally Stub) y permiten gestionar rutas externas (como en una NSSA)

Funcionamiento de OSPF:Tipos de Áreas OSPF (II)

22

Open Shortest Path FirstResumen

Protocolo de Estado de Enlaces

Su funcionamiento puede resumirse en:

❖ “Dile al mundo cómo son los enlaces a tus vecinos”

Se compone de varias fases:

❖ Comunicación: Descubrimiento de todos los routers y de

pertenencia a un grupo

❖ Algoritmo: Creación de la topología de red y cálculo del

camino mínimo

Más complejo que RIP, pero

❖ Convergencia más rápida

❖ No limita el tamaño de la red

❖ Soporta jerarquizar la red

23

OSPF vs. RIP

RIP

❖ Es un protocolo sencillo y fácil de implementar (sobre UDP)

❖ Todos los routers lo implementan

❖ No “escala” bien

❖ Actualizaciones lentas

OSPF

❖ Funciona sobre IP directamente

❖ Las actualizaciones son rápidas

❖ “Escala” mejor que RIP

❖ Permite balanceo de carga

❖ Soporta “diferenciación del servicio”

24

Referencias

J. F. Kurose, K. W. Ross; “Computer

Networking, a top-down approach”, 5th edition,

Pearson – Addison Wesley, 2009

❖ Secciones 4.5.1 y 4.6.2

❖ L/S 004.7 KUR

C. Huitema, “Routing in the Internet”, Upper

Saddle River : Prentice Hall PTR, 2nd Edition,

2000

❖ Capítulo 6

L/D 004.738.5.057.4 HUI

G. Malkin, “OSPF Version 2”, RFC 2328,

Noviembre 1998

http://www.ietf.org/rfc/rfc2328.txt